Частотные преобразователи – довольно сложные агрегаты с конструктивной точки зрения. Такая конструкция необходима для успешной реализации надежных и эффективных рабочих алгоритмов. Как именно функционирует техника? Каковы основные принципы и особенности данного процесса, преимущества оборудования и основные области его эксплуатации, в которых они раскрываются в полной мере?
Конструктивные особенности
Преобразователи состоят из целого набора модулей, каждый из которых выполняет свои определенные задачи и функции:
-
Выпрямитель. Он построен на диодной или тиристорной связке, используемой для выпрямления входящего тока. Исполнения на диодах не слишком дороги, однако, вполне надежны и позволяют на 100% исключить нежелательные пульсации. Весомое преимущество моделей на тиристорах – возможность прохождения тока в обоих направлениях, за счет чего реализуются схемы рекуперации, то есть возврата части электроэнергии в сеть в процессе плавной остановки электропривода.
-
Фильтр. Тиристорные преобразователи в обязательном порядке комплектуются фильтрами, задача которых – снижение выраженности пульсаций, вплоть до полной блокировки. В данном случае применяются емкостные или комбинированные, индуктивно-емкостные элементы.
-
ЦПУ. Процессор – важнейший компонент современного частотного преобразователя. Он обрабатывает поступающие данные, посылает сигналы управления, зависящие от результатов обработки. Электроника также фиксирует все основные события, касающиеся работы устройства, обеспечивает защиту от нештатных ситуаций, будь то короткие замыкания, чрезмерные нагрузки, превышения нормативной силы тока и напряжения в сети питания. При регистрации потенциально опасной ситуации происходит экстренное отключение оборудования, что исключает выход из строя, тяжелые повреждения, устранение которых сопряжено с огромными финансовыми вложениями.
-
Инвертор. Он обеспечивает саму возможность управления подключенными электроприводами и другими машинами, плавно изменяет частоту тока. Формирование чистого синусоидального сигнала обеспечивает возможность эксплуатации в наиболее технологичных, требовательных промышленных, производственных, хозяйственных сферах, в комбинации с современным оборудованием.
В современных частотных преобразователях применяются методы двойной трансформации. Этот рабочий принцип более совершенный, в сравнении с одинарным, отличается целым комплексом достоинств:
-
Двустороннее изменение частотных характеристик, можно не только увеличивать, но и уменьшать их.
-
Формируемое напряжение представляет собой идеально чистую синусоиду, удается нивелировать даже минимальные помехи и посторонние колебания.
-
Полная блокировка верхних гармоник.
-
Корректировка напряжения с предельно высокой точностью.
Содержание статьи
[Скрыть]Принцип действия
Алгоритм работы частотных преобразователей выглядит следующим образом:
-
Спрямление входящего напряжения при помощи блока на основе тиристоров или диодов.
-
Прохождение электротока через элементы фильтрации, где происходит дальнейшее сглаживание, устранение помех, нивелирование пульсаций.
-
Преобразование напряжения в волну, характеристики которой соответствуют особенностям конкретного мотора, находящегося под управлением.
-
Подача инвертором идеального синусоидального напряжения на электропривод.
Классификация
Частотные преобразователи представлены множеством типов, различны по конструкции, от которой в значительной степени зависит принцип функционирования. Основных категорий две:
-
Устройства с прямой связью. Их главный компонент – выпрямитель на транзисторах, по очереди открывающий группы транзисторов с возможностью блокировки. Статорные обмотки по очереди соединяются с контуром питания.
-
С обособленным звеном постоянного тока. Такие преобразователи трансформируют напряжение на выходе, эффективно нивелируют помехи, колебания и другие отклонения. Результат – идеальное питание электропривода, частота тока и амплитуда напряжения в полной мере соответствуют требованиям. Функцию силовых ключей в данной ситуации выполняют технологичные транзисторы класса IGBT.
Современные преобразователи, основанные на электронике, позволяют наладить управление приводом, корректировку его скорости, по одной из следующих технологий:
-
Скалярная. В ее основу положены принципы пропорций, линейной зависимости, согласно которым частота и амплитуда находятся в прямой зависимости друг от друга, должны быть пропорциональны. Проще говоря, для достижения оптимального крутящего момента нужно поддерживать их стабильное соотношение.
-
Векторная. Крутящий момент сохраняет стабильность по всему частотному диапазону, благодаря чему удается достичь предельной точности управления, оптимизировать работу привода, защитить его от лишних нагрузок, исключить ранний выход из строя и другие проблемы.
С точки зрения метода управления, частотные преобразователи можно представить четырьмя группами:
-
Ручной. Все действия выполняются оператором через панель управления, именно он принимает решение о запуске электромотора, его остановке, увеличении или снижении производительности. Автоматизированы исключительно действия в экстренных, потенциально опасных ситуациях, когда электроника сама резко сбрасывает скорость или полностью блокирует работу оборудования.
-
Внешний. Для реализации такой схемы, частотный преобразователь нужно подключить к комплексу АСУ ТП. Система поможет отслеживать текущие режимы функционирования, держать под контролем основные характеристики.
-
Дискретные входы. Все команды, связанные с управлением, в таком случае отправляет и подает микропроцессор, который получает данные с датчиков. Подобный вариант обеспечивает 100% автоматизации, очень удобен и надежен.
-
По событиям. Алгоритм управления задается по событиям, когда режим работы меняется вместе с достижением определенных показателей или в конкретной ситуации, либо по времени, с переключением по таймеру.
Преимущества
Использование преобразователей для управления электромоторами – хорошее решение, в пользу которого говорит множество экономических, технических факторов:
-
Рациональное использование электроэнергии, исключение ее чрезмерного расхода, что положительно сказывается на финансовых показателях организации. Это особенно характерно для частотных преобразователей, принцип функционирования которых допускает применение схем рекуперации энергии, возвращение значительной ее части в сеть при плавной остановке.
-
Снижение механических и электрических нагрузок на электромоторы. Устройства плавно разгоняются и останавливаются, что бережет механизмы от чрезмерного износа, продлевает эксплуатационный срок, оказываются защищенными от перегрузок по току и напряжению, коротких замыканий.
-
Обеспечение безопасности производства, хозяйственно-бытовой деятельности. Это достоинство частотных преобразователей особенно хорошо заметно на примере их использования для управления грузоподъемными системами. Удается добиться максимально точного позиционирования груза, предотвратить его раскачивание, представляющее опасность как для персонала, так и для материального имущества.
-
Простота обслуживания. В сравнении с другими методами управления и частотного регулирования, преобразователи гораздо проще в обслуживании. Например, им не требуется регулярная профилактика при использовании в насосных, вентиляционных комплексах, что выгодно отличает их от задвижек, жалюзи, шаровых кранов.
Принцип работы преобразователя достаточно универсален, что обеспечивает возможность его использования с различными устройствами и системами, технологичными производственными станками, конвейерами, аварийными комплексами удаления дыма, промышленными, скважинными, канализационными насосами, пассажирскими лифтами, крановыми установками, манипуляторами.
